發(fā)動(dòng)機電噴控制系統的設計應用

　　1 概述

　　電控噴射技術(shù)是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機節能環(huán)保的重要技術(shù)措施，目前汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)普遍實(shí)現電噴化，摩托車(chē)行業(yè)也已出產(chǎn)了多款電噴車(chē)。國內外開(kāi)展了對摩托車(chē)用汽油機電噴的研究。新大洲本田摩托有限公司的“XDZ50DQT電噴摩托車(chē)項目”曾在2000年被有關(guān)方面確定為國家技術(shù)創(chuàng )新項目。2003年春蘭集團對原有電噴系統做了改進(jìn)，成功運用到出產(chǎn)歐洲的125踏板車(chē)上，通過(guò)CDI無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置智能控制點(diǎn)火角度，使發(fā)動(dòng)機在任何工況下都能達到最佳狀態(tài)。天津內燃機研究所進(jìn)行了大量基礎理論研究，已有較多的研究成果。天津摩托車(chē)技術(shù)中心研制成功了適用于四沖程進(jìn)氣道和二沖程缸內直噴的FAI燃油電噴系統。2002年武漢理工大學(xué)顏伏伍等人開(kāi)發(fā)了LH150摩托車(chē)電噴系統，并成功投入生產(chǎn)使用。

　　本文針對摩托車(chē)單缸發(fā)動(dòng)機進(jìn)行了電噴技術(shù)研究，設計了發(fā)動(dòng)機電噴控制系統，實(shí)現了空燃比的精確控制，提高了燃燒效率。

　　2 系統設計

　　電噴控制系統結構如圖1所示。本系統基于125 cc單缸四沖程汽油發(fā)動(dòng)機設計。整個(gè)系統包括傳感器、ECU(Electronic Control Unit，電子控制單元)，以及噴油器和噴油泵等。其中，傳感器包括曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、空氣門(mén)位置傳感器、發(fā)動(dòng)機溫度傳感器和空氣溫度傳感器。ECU包括Freescale公司的MC68HC9S12XS128，以及信號調理電路、噴油驅動(dòng)電路、油泵驅動(dòng)電路和點(diǎn)火驅動(dòng)電路。

圖1 電噴控制系統結構

　　2．1 傳感器的選擇與安裝

　　為了得到曲軸和凸輪軸的位置信號，曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器使用霍爾開(kāi)關(guān)量傳感器，在啟動(dòng)離合器和小鏈盤(pán)的特定位置分別固定一個(gè)小磁鐵，通過(guò)磁鐵經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)產(chǎn)生的方波信號來(lái)判斷曲軸和凸輪軸的位置。由于傳感器體積小、不易安裝，設計了傳感器電路板，使得傳感器的信號穩定，不受油污、灰塵等不良環(huán)境的影響。傳感器在發(fā)動(dòng)機上的安裝如圖2所示。

圖2 傳感器在發(fā)動(dòng)機上的安裝

　　節氣門(mén)位置傳感器是一個(gè)線(xiàn)性電位計，實(shí)物圖如圖3所示。其電阻值與節氣門(mén)的開(kāi)度成正比，通過(guò)給電位計供電，采用A／D采集得到節氣門(mén)開(kāi)度。

圖3 　節氣門(mén)位置傳感器

　　發(fā)動(dòng)機溫度傳感器和空氣溫度傳感器選用熱敏電阻式傳感器。其電阻值會(huì )隨溫度的變化而呈線(xiàn)性變化，從而測量發(fā)動(dòng)機缸溫和空氣溫度。

　　2．2 執行器的選擇

　　執行器包括用于點(diǎn)火的高壓包，給燃油系統提供油壓的燃油噴射泵(噴油泵)和用于噴射燃油的燃油噴射器(噴油器)。

　　高壓包又稱(chēng)點(diǎn)火線(xiàn)圈，由一次線(xiàn)圈、二次線(xiàn)圈和鐵芯組成。使用時(shí)先給一次線(xiàn)圈充電，在一次線(xiàn)圈中自感應出200～300 V的電壓；然后與二次線(xiàn)圈互感而產(chǎn)生出18～20 kV的高壓電，產(chǎn)生的電壓大小取決于兩線(xiàn)圈的匝數比；最后將高壓電輸送到火花塞點(diǎn)火。

　　噴油泵輸出油壓300 kPa，恒壓輸出，采用脈沖信號驅動(dòng)柱塞運動(dòng)、壓縮燃油獲得壓力。噴油器自帶高壓進(jìn)油嘴，噴射量精確，流量與噴射脈寬如圖4所示，霧化效果較好。三條線(xiàn)對應的驅動(dòng)電壓由上至下依次為14．2 V、13．2 V、12．2 V。

圖4 三種驅動(dòng)電壓14．2 V、13．2 V、12．2 V下不同驅動(dòng)脈完對應用的流量

　　3 控制系統硬件設計

　　采用Freescale公司MC68HC9S12XS128單片機作為控制芯片，使用IGBT v2040s芯片控制點(diǎn)火，使用Power MOSFET IRF3205控制噴油泵和噴射器，通過(guò)控制門(mén)極電壓來(lái)實(shí)現開(kāi)關(guān)的功能，對執行器進(jìn)行低端控制。執行器控制電路如圖5所示。MC74HC125AD為同相器。